第三章理想流动反应器ppt课件.ppt

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1、第三章理想流动反应器宋永辉2010年4月20日反应器开发的任务选择合适的反应器型式根据动力学特性确定操作方式和优化操作条件结合动力学和反应器特性设计计算、确定反应器尺寸、评价根据产量理想反应器的型式间歇操作充分搅拌釜式反应器连续操作充分搅拌釜式反应器活塞流反应器反应器组合第三章理想流动反应器3.1反应器设计基础3.2等温条件下理想反应器的设计分析3.3非等温条件下理想反应器的设计3.4理想流动反应器的组合3.5循环反应器3.6反应器型式和操作方式评选本章内容3.1反应器设计基础3.1.1反应器的分类反应器分类依据反应器型式相态结构型式操作方式换热方式

2、均相、非均相管式、釜式、塔式等连续式、间歇式绝热式、换热式等3.1.2反应器设计的基础方程反应器设计计算设计计算反应器的工艺尺寸校核计算反应器的压力降、传热面积、产品质量等是否合格反应器设计的基础方程式物料衡算式热量衡算式动量衡算式动力学方程式（1）物料衡算式Δτ进入Δv物料A的量Finmol/s+Δτ排出Δv物料A的量Foutmol/sΔτ内Δv中物料A的消耗量Frmol/s=+Δτ内Δv中物料A的累积量Fbmol/s（3.1-1）3.1.2反应器设计的基础方程反应器设计计算时，必须建立物料浓度、温度均匀的单元体积△V和单元时间△τ。（2）热量衡算

3、式Δτ内随物流流入Δv的热量QinkJ/s+Δτ内随物流流出Δv的热量QoutkJ/sΔτ内Δv与环境交换的热量QuKJ/s=+Δτ内Δv中累积的热量QbKJ/sΔτ内Δv中化学反应放出的热量QrkJ/s+（3.1-2）3.1.2反应器设计的基础方程3.1.3几个时间概念（1）反应持续时间tr：简称为反应时间，是反应物料反应达到要求的转化率所需的时间。（2）停留时间t：又称接触时间，是指流体微元从反应器入口到反应器出口所经历的时间。（3）平均停留时间：是指各流体微元从反应器入口到反应器出口所经历的平均时间。（4）空间时间τ：是指反应器有效容积VR与流

4、体体积流率V0之比。（5）空间速度SV：是指单位时间内投入单位有效反应器容积VR内的物料标准体积。3.2等温条件下理想反应器的设计分析3.2.1间歇操作的充分搅拌釜式反应器BatchReactor搅拌器进料口出料口夹套图3-1间歇反应器示意图间歇反应器特点（1）由于良好的搅拌、混合，反应器各位置物料温度、浓度处处均一。（2）由于一次性加料，一次性出料，反应过程中无进料、出料；反应器内物料停留时间相等，无返混现象。（3）间歇操作，有辅助生产时间。一个生产周期包括：反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热（或冷却）时间等。等温条件下反应器的设计计算就

5、是动力学方程式、物料衡算式的结合。优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产，精细化工产品的生产缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定对整个反应器进行物料衡算：流入量=流出量+反应量+累积量00单位时间内反应量=单位时间内消失量间歇反应器设计方程由式（3.1-1）可知：（3.2-1）对于间歇反应过程，（3.2-2）由于，（3.2-3）所以，（3.2-4）故：（3.2-5）分离变量积分得：（3.2-6）根据间歇反应器的特点，选择反应器的有效体积VR为单元体积，单元时间为dt。3.2.1间歇反应器（BatchReactor）式

6、（3.2-6）的几何意义如下图：图3-3恒容情况BR的图解计算图3-2BR的图解计算3.2.1间歇反应器（BR）等容过程，液相反应实际操作时间=反应时间(t)+辅助时间(t’)反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积：VR=V(t+t’)反应速率rA=kCArA=kCA2间歇反应器中的单反应间歇反应器中的单反应k增大(温度升高）→t减少→反应体积减小2.反应浓度的影响1.k的影响零级反应：t与初浓度CA0正比一级反应：t与初浓度CA0无关二级反应：t与初浓度CA0反比3.残余浓度零级反应：残余浓度随t直线下降一级反应：残余浓度随t逐渐下降二级反应

7、：残余浓度随t慢慢下降反应后期的速度很小；反应机理的变化间歇反应器中的单反应3.2.2理想置换反应器（thePlugFlowReactor）理想置换反应器的特性（1）由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器内没有物料的返混，所有物料在反应器中的停留时间相同。（2）在同一截面上，不同径向位置的流体特性（组成、浓度等）是一致的。（3）在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。理想置换反应器是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，犹如活塞一样在反应其中向前平推，故又称为活塞流或平推流反应器。等温理想置换反应器的设计方程图

8、3-5平推流反应器物料衡算示意图根据平推流反应器的特点，选择单元时间dτ及单元体积dV（下图所示）。物料衡算